CFRP加固混凝土构件力学及耐久性试验研究

论文摘要

碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,简称CFRP)是一种新型建筑材料,因为其具有强度高、质量轻、易于剪裁施工等优点,在混凝土结构的补强加固领域尤其受到推崇。目前这种新型材料的应用体系在日本、美国已经较为成熟。我国于二十世纪九十年代后期开展CFRP的研究应用工作,其中外部粘贴CFRP片材加固混凝土结构技术是目前研究的重点和热点。本文针对目前关于CFRP加固混凝土梁抗剪力学性能和耐久性能研究较少的特点,主要进行了下面几个方面的研究工作。1)通过38个混凝土试件与CFRP片材的抗剪粘结强度试验研究,分析CFRP片材与混凝土发生剪切粘结破坏的全过程以及破坏特征,讨论了粘结力与粘结滑移的关系。同时研究了CFRP片材与混凝土粘结面上应力分布特点,并根据试验结果以及前人得到的相关结论,给出了当粘结长度大于有效粘结长度的极限粘结力计算公式。2)通过CFRP与混凝土的单剪试验,研究了硫酸钠溶液浸泡和盐溶液干湿循环对CFRP与混凝土剪切粘结性能的影响。研究表明,在15%浓度的硫酸钠溶液浸泡75天后,CFRP与混凝土的粘结强度基本不受影响;但盐溶液干湿循环对CFRP与混凝土的粘结强度影响较大。3)通过13根钢筋混凝土简支梁外贴CFRP抗剪加固的试验研究,观测了试验梁发生破坏的全过程和破坏形态,分析了构件的破坏模式、承载力的影响因素和斜截面纤维应变的分布特征。给出了U型CFRP条带加压条加固混凝土梁抗剪承载力的计算公式,通过计算值与实测值的比较,发现两者吻合较好。4)通过10根CFRP加固钢筋混凝土梁在紫外线老化和盐溶液干湿循环两种侵蚀环境下抗剪性能的试验研究,分析了两种劣化环境对CFRP加固梁的抗剪性能的影响。给出了U型CFRP条带加压条加固混凝梁在盐溶液干湿循环条件下抗剪承载力的计算公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 FRP加固混凝土结构的特点及发展概况
• 1.1.1 混凝土加固技术的发展
• 1.1.2 FRP材料的种类和性能
• 1.1.3 FRP加固技术国内外研究状况
• 1.2 FRP加固混凝土结构耐久性研究概况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文课题的来源与主要研究内容
• 第2章 CFRP与混凝土粘结性能的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验设计与试验方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验装置及测量仪器
• 2.2.3 粘结试件加固程序
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 破坏过程及破坏形态
• 2.3.2 粘结滑移与粘结力关系讨论
• 2.3.3 粘结强度试验结果
• 2.3.4 CFRP片材与混凝土粘结面的应变分布特点
• 2.3.5 有效粘结长度问题的讨论
• 2.3.6 粘结强度计算模型的讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 CFRP与混凝土粘结耐久性能试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验设计与试验方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验环境
• 3.2.3 测试内容与加载装置
• 3.3 硫酸盐溶液腐蚀对CFRP与混凝土粘结性能的影响
• 3.3.1 试验过程以及破坏特征
• 3.3.2 粘结滑移与粘结力关系讨论
• 3.3.3 CFRP与混凝土粘结强度
• 3.3.4 CFRP片材与混凝土粘结面的应变分布
• 3.3.5 劣化后混凝土与CFRP粘结强度
• 3.4 盐溶液干湿循环对CFRP与混凝土粘结性能的影响
• 3.4.1 试验过程以及破坏特征
• 3.4.2 CFRP与混凝土粘结强度
• 3.5 本章小结
• 第4章 CFRP加固混凝土梁抗剪性能试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验方案和内容
• 4.2.1 材料性能
• 4.2.2 构件几何尺寸及配筋
• 4.2.3 加固方案
• 4.3 构件的加固
• 4.3.1 加固材料
• 4.3.2 加固方法
• 4.3.3 加固程序
• 4.4 试验仪器和测点布置
• 4.4.1 测试仪器和材料
• 4.4.2 加载装置和方法
• 4.5 试验过程与结果分析
• 4.5.1 构件的受力过程和试验现象
• 4.5.2 破坏模式分析
• 4.5.3 斜截面承载能力分析
• 4.5.4 斜截面应变分析
• 4.6 斜截面受力性能的分析和计算
• 4.6.1 桁架模型
• f的计算模式'>4.6.2 V_f的计算模式
• fmax'>4.6.3 CFRP的最大应变ε_fmax
• f'>4.6.4 CFRP的平均应变系数D_f
• 4.6.5 斜裂缝角度cotθ
• 4.6.6 极限状态抗剪承载力计算
• 4.7 本章小结
• 第5章 CFRP抗剪加固混凝土梁的耐久性试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验方案和内容
• 5.2.1 试验梁设计
• 5.2.2 侵蚀环境
• 5.3 盐溶液干湿循环对CFRP加固混凝土梁抗剪性能的影响
• 5.3.1 试验过程与破坏模式
• 5.3.2 斜截面承载能力分析
• 5.3.3 斜截面应变分析
• 5.4 紫外线老化对CFRP加固混凝土梁抗剪性能的影响
• 5.4.1 试验过程与破坏模式
• 5.4.2 斜截面承载能力分析
• 5.4.3 斜截面应变分析
• 5.5 盐溶液干湿循环作用下斜截面抗剪承载力计算
• fmax'>5.5.1 CFRP的最大应变ε_fmax
• f和斜裂缝角度cotθ'>5.5.2 CFRP的平均应变系数D_f和斜裂缝角度cotθ
• 5.5.3 盐溶液干湿循环作用下抗剪承载力的计算
• 5.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢